（内因）
产生裂纹的临界条件为：
热裂纹（Hot Cracking）：在高温下产生的裂纹
内因是金属的高温脆性；外因是拉应力；
与液膜有关的裂纹：结晶裂纹（凝固裂纹）液化裂纹 与液膜无关的裂纹：高温失塑裂纹
5-4-2 结晶裂纹
定义：低熔共晶所形成的液态薄膜（liquation film)，在焊缝凝固时，由于收缩而受到拉伸应力，在该
力的作用下液态薄膜开裂，而又没有金属填充时产生的。 拉伸应力：收缩应力(凝固收缩、热收缩)；拘束
结晶裂纹的形成机理
1.在L相和L-S阶段，大量液相存在，液相可自由流动和填充，不易产生结晶裂纹；
2.S-L阶段，液态金属少，流动困难，易产生裂纹。并把这一温度区间称为“脆性温度区间” TB 。 3.S相阶段，不会产生结晶裂纹 结晶裂纹形成条件：
△e >Pmin 当TB 及Pmin一定时，是否产生结晶裂纹主要取决于固相线附近应变的大小。 曲线1： △e < Pmin ，不会产生裂纹； 曲线2： △e = Pmin ，处于临界状态。 曲线3时， △e > Pmin ，则产生裂纹；
影响结晶裂纹形成的因素
冶金因素（Metallurgy Factors) 结晶温度区间；合金元素和杂质；
结晶组织形态；晶间易熔物的数量与分布形态； 力学因素(Mechanical Factors)
工艺条件；接头形式、焊接顺序等；拘束状态等；
凝固组织形态对结晶裂纹的影响
初生相的类型
影响杂质的偏析和晶间层的性质；初生相为δ时的抗裂性比γ好；δ比γ溶解更多的S和P。 晶粒大小、形态和方向：粗大柱状晶抗裂性差；细小的等轴晶，抗裂性好；
5-4-3 液化裂纹
定义：焊接热影响区的近缝区或多层焊的层间，因晶界存在液膜，在拉应力的作用下而产生的热裂纹； 沿奥氏体晶界开裂；
多见于奥氏体钢和镍基合金。
5-4-4 冷裂纹
焊后冷至较低温度下产生的裂纹。 与氢有关的冷裂纹
延迟裂纹：不在焊后立即出现，而是有一个孕育期，具有延迟现象，也称为氢致裂纹。 与氢无关，仅与材料脆性有关的冷裂纹
淬硬脆化裂纹：一些淬硬倾向很大的钢种，即使没有氢的诱发，仅在拘束应力作用下，也能导致开裂。
低塑性脆化裂纹：某些塑性较低的材料，冷至低温时，由于收缩力而引起的应变超过了材质本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹
焊接冷裂纹(延迟裂纹)的特征
材质：产生冷裂纹的材料有一个共同特点：均发生了马氏体相变。
中、高碳钢，低合金高强钢，钛合金等会产生冷裂纹。而奥氏体钢，镍基合金，铝合金一般不会产生冷裂纹。
形成时间：马氏体转变温度以下：+100℃~-100℃之间，有潜伏期(几小时，几天甚至更长)。 产生部位：主要分布在HAZ上，也可能发生在强度较高的焊缝上。 裂纹走向：沿晶或穿晶。
冷裂纹（延迟裂纹）的形成机理
冷裂纹产生条件： Ｐmin ≦ε?（或△e)； 影响Ｐmin的致脆因素主要有: 氢、淬硬组织； 影响?的根本因素是由拘束度大小所决定的拘束应力；
形成冷裂纹的三大要素是淬硬倾向，氢的含量及分布，接头所受的拘束应力。
★氢在致裂过程中的动态行为分析（续）
对于低合金钢，焊缝的含碳量低于母材，因此焊缝的相变温度高，奥氏体首先发生转变，即γ→F、P等，而HAZ尚未分解。
当焊缝由γ→F、P等转变时，氢的溶解度下降，扩散速度又快，因此氢通过熔合线向奥氏体尚未分解的HAZ中扩散。而氢在奥氏体中的扩散速度又小，不能很快地扩散到距熔合线较远的地方去。 HAZ进行马氏体转变，氢以过饱和状态存在于该处，增加了其脆性.
冷裂纹防治措施
1、控制母材的化学成分（钢材的改进）
发展低碳多微量合金元素的钢种；尽可能地降低钢中的杂质；ＣＦ钢（cracking-free steel) ，Ｚ向钢，洁净钢(clean steel)，TMCP钢(thermo-mechanical control process)，细晶粒钢等。 2、合理选择焊接方法和焊接材料
选用低氢或超低氢的焊接材料和低氢的焊接方法；如GTAW，GMAW（CO2焊）焊缝含氢量低于SMAW或FCAW； 采用碱性焊条；严格烘干焊条、焊剂，并进行焊前清理。选择强度级别略低于BM的焊材有利于防止冷裂纹；降低HAZ的应力；采用奥氏体钢焊材焊接淬硬倾向较大的钢种；奥氏体焊缝塑性好，降低HAZ的残余应力；奥氏体焊缝可溶解较多的氢，且不易向HAZ扩散； 3、控制焊接工艺 预热（Preheating）
预热是焊接中最常见的防止氢致裂纹的办法之一；预热可以降低焊缝和HAZ的冷却速度，降低淬硬倾向； 有利于氢的扩散逸出，降低焊缝和HAZ的含氢量；预热可以降低接头的拘束应力；选择合适的焊接线能量 E大些有利于氢的扩散和逸出；Ｅ太大→晶粒粗大→抗裂性差；Ｅ太小→冷速快→淬硬倾向大； 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？（详见：焊接冶金学（基本原理）p51） 影响：1.氧在焊缝中无论以何种形式存在，对焊缝的性能都有很大的影响。随着焊缝含氧量的增加，其强度、塑性、韧性都明显下降，尤其是低温冲击韧度急剧下降。此外，它还引起热脆、冷脂和时效硬化 2.氧烧损钢中的有益合金元素使焊缝性能变坏。熔滴中含氧和碳多时，它们相互作用生成的co受热膨胀，使熔滴爆炸，造成飞溅，影响焊接过程的稳定性 措施：1．纯化焊接材料2．控制焊接工艺参数3.脱氧
5-4-5 再热裂纹（Reheat Cracking）
对于某些含有沉淀强化元素的高强钢和高温合金，在焊后并未发现裂纹，而在热处理过程中出现了裂纹，或在焊后500-600℃长期工作时产生裂纹，统称为“再热裂纹”。前者也称为“消除应力处理裂纹”（stress relief cracking)，简称SR裂纹。
再热裂纹的特征
1.产生在HAZ的粗晶区，晶间开裂，沿奥氏体粗晶晶界扩展
2.在消除应力前，焊接区存在较大的残余应力并有不同程度的应力集中，两者必须同时存在。
3.有一个最敏感的温度区间：对于沉淀强化的低合金钢约在500～700℃。对于奥氏体不锈钢和一些高温合金约在700～900℃.
4.含有一定沉淀强化元素的金属材料才具有产生再热裂纹的敏感性。碳素钢和固溶强化的金属一般不产生
再热裂纹。
再热裂纹形成机理
晶界杂质析集弱化作用
在500～600℃的再热过程中，Ｓ、Ｐ、Sb、Sn、As等元素向晶界析集，因而大大地降低了晶界的塑变能力。 晶内沉淀强化作用
沉淀强化元素Cr、Mo、V、Ti、Nb等的碳化物、氮化物及一些沉淀相，在一次焊接热作用下，因受热而固溶，焊后冷却时不能充分析出，在二次受热时，这些碳化物、氮化物在晶内沉淀析出，从而使晶内强化，使应力松驰的塑变集中至晶界，当晶界的塑性储备不足时，就产生了再热裂纹。
5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？（详见：焊接冶金学（基本原理）p35）
影响：1.氮是促使焊缝产生气孔的主要原因之一
2. 氮是提高低碳钢和低合金钢焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素 3. 氮是促使焊绕金屑时效舱化的元素。
措施：1.控制氮的主要措随是加强保护，防止空气与金属作用
2. 在药皮中加入造气剂(如碳酸盐有机物等)，形成气渣联合保护，可使焊缝含氯量下降 3. 尽量采用短弧焊
4.增加焊接电流，熔滴过渡频率增加．氮与熔滴的作用时间缩短，焊缝合氮量下降 5. 增加焊丝或药皮中的含碳量可降低焊缝中的含氮量 6.通过加入一些合金元素形成稳定的氮化物降低氮含量
金属塑性成型原理
一、解释名词和术语
1塑性：金属产生塑性变形而不破坏其完整性的能力。
2塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
3塑性成形：在外力的作用下使金属产生塑性变形，从而加工成所需形状和尺寸的工件的加工方法。 4应力张量 ：点的应力状态是一个张量。 5主应力：主平面上的正应力。 6主切应力：斜面上切应力的极大值。 7主平面：切应力为零的平面。 8主切应力平面：主切应力作用的平面。 9平面应力状态：变形体在某一平面上没有应力的作用时物体内质点所处的应力状态。 10平面应变状态：变形体在某一方向不产生变形时物体内质点所处的应力状态。
11轴对称应力状态： 旋转体承受的外力对称于旋转轴分布时物体内质点所处的应力状态。
12位移 ：变形体内任一点变形前后的直线距离。13位移分量：坐标系中，一点的位移矢量在三个坐标轴上的投影。14对数应变：试样单向拉伸时伸长的总应变。 15主应变 ：某一方向上线元没有切应变，只有线应变。 16主切应变：与主切应变方向成45°角方向上的应变。
17应变增量 ：将变形体在变形过程中任意瞬间的形状和尺寸作为初始状态，在此基础上产生的无限小应变。 18应变速率：单位时间内的应变。
19全量应变：反映单元体在某一变形过程中的某个阶段结束时的变形大小的应变。
20屈服准则：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性变形状态，这种关系称为屈服准则。
21屈服表面 ：屈服准则的数学表达式在主应力空间的几何图形是个封闭的空间曲面，这个封闭的空间曲面称为屈服表面。
22屈服轨迹：两向应力状态下屈服准则的数学表达式，在主应力坐标平面上的几何图形是封闭的曲线，这封闭的曲线，称为屈服轨迹。
23 π平面 ：在主应力空间中，通过坐标原点并垂直于等倾斜线的平面。
24本构方程：塑性变形时，应力与应变之间的关系称为本构关系，这种关系的数学表达式称为本构方程。
25增量理论：描述材料处于塑性状态时，应力与应变增量或应变速率之间关系的理论。
26全量理论：在比例加载的条件下，可以对普朗特-l路埃斯方程进行积分得到全量应力应变的关系，叫做全量理论。 27比例加载 ：在加载过程中所有的外力从一开始起就按同一比例增加。
28真实应力：流动应力数值等于试样瞬时横断面上的实际应力，又称为真实应力。
29理想弹塑性材料：在塑性变形时，需考虑塑性变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料。 30理想刚塑性材料：在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。
31 弹塑性硬化材料：在塑性变形时，既要考虑塑性变形之前的弹性变形，又要考虑加工硬化的材料。 32刚塑性硬化材料：在研究塑性变形时，不考虑塑性变形之前的弹性变形，但需考虑变形过程中的加工硬化的材料。
二、简答题
1． 张量有哪些基本性质？ 张量可以合并，也可以分解，存在主方向，有主值及不变量。 2． 试说明应力偏张量和应力球张量的物理意义。 应力偏张量：应力偏张量的切应力分量、主应力最大切应力以及应力主轴都与原应力张量相同，因而应力偏张量使物体产生形状变化，而不能产生体积变化，材料的塑性变形就是由应力偏张量引起的。
应力球张量：其任何方向都是主方向，而且主应力相同，均为平均应力，由于球应力状态在任何斜面上都没有切应力，所以它不能使物体产生形状变化，只能产生体积变化。
3． 如何判断两个应力状态是否相同？ 应力张量的三个不变量相等 ，则应力状态相同。 4． 应力偏张量的应力球张量各引起物体什么变形？
应力偏张量使物体产生形状变化（塑性变形），应力球张量使物体产生体积变化。
5．弹性变形时，应力-应变关系的特点？塑性变形时，应变张量和应变偏张量有何关系？其原因何在？
1 (1)应力与应变完全成线性关系，应力主轴与全量应变主轴重合。（2）弹性变形是可逆的，应力
与应变之间是单值关系，加载与卸载的规律完全相同。（3）弹性变形时应力球张量使物体产生体积的变化，泊松比<0.5.
2 应变张量和应变偏张量成正比，因为假设（1）材料是理想钢塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总应变增量；（2）材料服从屈服准则（3）每一加载瞬间，应力主轴与应变增量主轴重合（4）塑性变形时体积不变。在假定条件下应变张量和应变偏张量成正比。 6.． 对数应变有何优点？ 优点：（1）对数应变具有叠加性，为可加应变。（2）对数应变为可比应变。 7． 常用的屈服准则有哪两个？如何表述？分别写出其数学表达式。 屈雷斯加屈服准则，密席斯屈服准则。屈雷斯加屈服准则：当受力材料中的最大切应力达到某一定值时，材料就发生屈服。密席斯屈服准则：当等效应力达到某定值时，材料即行屈服，该定值与应力状态无关。 8.． 说明Tresca屈服准则和Mises屈服准则的几何意义和物理意义。
物理意义：屈雷斯加：当受力物体（质点）中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈
服。或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。所以又称最大切应力不变条件。
Mises： 在一定的变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张力的第二不变量 J 2 ' 达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。或在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。几何意义见课本。
9． 两个屈服淮则有何差别？在什么状态下两个屈服准则相同？什么状态下差别最大？ 差别：屈雷斯加准则没有考虑中间主应力的影响，而密席斯屈服准则有。 在单向应力状态、均匀轴对称应力状态相同 。 在纯切应力状态和平面变形状态差别最大。
10． 塑性变形时应力应变关系有何特点？为什么说塑性变形时应力和应变之间关系与加载历史有关？
特点：（1）塑性变形是不可恢复的，是不可逆的关系。(2)对于应变硬化材料，卸载后再重新加载，其屈服应力就是卸载时的屈服应力，比初始屈服应力要高。（3）塑性变形时，可以认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比=0.5。（4）应力与应变之间的关系是非线性的，因此，全量应变主轴与应力主轴不一定重合。
与加载历史有关：相同的应力状态可对应有不同的应变状态，而不同的应力状态可对应有相同的应变状态。
11． 全量理论使用在什么场合？为什么？
场合：比例加载。原因：比例加载时，应力主轴的方向将固定不变，由于应变增量主轴与应力主轴重合，所以应变增量主轴也固定不变，即可对普朗特-路埃斯方程进行积分得到全量应力应变的关系。
12． 在一般情况下对应变增量积分是否等于全量应变？为什么？在什么情况下这种积分才能成立?
不是；因为应力主轴的方向不一定固定不变，应变增量主轴也不一定固定不变，在比例加载时积分才能成立。
13.塑性变形增量理论; 列维-密席斯方程的基本假设？与普朗特-路埃斯方程的异同？
塑性变形增量理论：描述材料处于塑性变形时，应力与应变增量或应变速率之间关系的理论。
基本假设：（1）材料是理想钢塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总应变增量；（2）材料服从屈服准则（3）每一加载瞬间，应力主轴与应变增量主轴重合（4）塑性变形时体积不变。
与普朗特-路埃斯方程的异同：普朗特-路埃斯方程考虑了塑性变形，而列维-密席斯方程没有考虑。 14 不均匀变形、附加应力和残余应力的概念、产生原因和后果及消除方法？
不均匀变形：由于金属质点的不均匀流动，各处受力情况也不尽相同，变形体中各处的变形有先有后，有的部位变形大，有的变形部位小，
即不均匀变形。
附加应力：由于物体内各部分的不均匀变形要受到整体性的限制，因而在各部分之间会产生相互平衡的应力，该应力叫做附加应力。后果：
（1）引起变形体的应力状态发生变化，使应力分布更不均匀（2）提高了单位变形力（3）使塑性降低，甚至可能造成破坏（4）造成物体形状的歪扭（5）形成残余应力
残余应力：引起内应力的外因去除后在物体内仍残存的应力称为残余应力。原因：凡是塑性变形不均匀变形都会产生附加应力，当外力去
除，由于附加应力是自相平衡的内应力，不会消失，它将成为残余应力存在于工件中；另外，由于温度不均匀所引起的热应力，以及由相变过程所引起的组织应力等都会形成残余应力。残余应力产生的后果：（1）有残余应力的变形物体再承受塑性变形时，其应力分布及内部应力分布更不均匀（2）缩短制品的使用寿命。（3）使制品的尺寸和形状发生变化（4）残余应力增加了塑性变形抗力，使金属的塑性，冲击韧度及抗疲劳强度降低，降低金属的耐蚀性。
15． 塑性成形过程中的摩擦有哪些特点？
（1）高压下的摩擦（2）伴随着塑性变形的摩擦（3）在热成形时是高温下的摩擦 16． 简述摩擦对塑性成形的不利影响。
不利影响：它使变形抗力增加，因而使所需的塑性变形力和变形功增大；引起或加剧变形的不均匀性，从而产生附加应力，附加应力严重时会造成工件开裂；增加工具的磨损，缩短模具的使用寿命。 17． 塑性成形中的摩擦分哪几类？ 干摩擦，边界摩擦，流体摩擦 18． 在计算金属塑性成形中的摩擦力时，常用的摩擦条件有哪几种？ 1库伦摩擦条件2最大摩擦条件3摩擦力不变条件 21． 主应力法的基本原理和求解要点是什么？
基本原理：（1）根据实际变形区的情况，将问题简化为轴对称问题或平面问题（2）切取基元体（3）假定工具与金属接触面上的边界条件为：正应力为主应力，切应力服从库伦摩擦条件或常摩擦条件（4）忽略各坐标平面上的切应力和摩擦切应力对塑性屈服条件的影响，列出基元体的塑性条件，然后与简化的平衡微分方程联立求解，利用边界条件确定积分常数，得出接触面上的应力分布，进而求得变形力。